CN107405943A - 非周期性云纹安全元件及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于认证安全制品的云纹放大装置，所述云纹放大装置包括：微聚焦元件的阵列；以及微图像的阵列；其中所述微聚焦元件的阵列和所述微图像的阵列对应地是非周期性的，使得当以预定视角观察所述装置时，所述微聚焦元件产生所述微图像的云纹放大。诸如这种装置提升了想要成为伪造者的人所面对的任务的复杂性和难度。非周期性微聚焦元件阵列和微图像阵列的使用不是直接明显的，因为由观察者观察的所述云纹放大看上去与具有周期性阵列的常规装置的云纹放大相同。以这种方式，设计的非周期性方面保持隐秘，直到更密切且有意地分析所述云纹装置为止。

Description

非周期性云纹安全元件及其生产方法
技术领域
本发明涉及光学安全元件及其生产方法。具体地，本发明涉及用于认证安全制品的非周期性云纹放大装置。为了方便，将具体参考纸币等的针对伪造的认证来描述本发明。然而，应当理解，本发明延伸到许多其他类型的有价值证件和安全制品的验证。
背景技术
安全特征已传统地应用于纸币和其他安全证件以阻碍想要成为伪造者的人的努力。印刷特征，诸如防伪花纹或精细线图形现在最为普遍，并且对于伪造者来说相对容易重现。衍射光学可变装置(DOVD)，诸如全息图和衍射光栅经常应用于纸币，因为物理微观结构更难以再现。遗憾的是，更多富有经验的伪造者使用接触复制技术成功地复制了衍射微观结构。
一些替代安全装置利用微透镜或双凸透镜来观察图符元件的阵列。透镜和下方的图符元件的组合视觉效果可以产生图符元件的放大。例如，已知提供包括半圆柱体透镜阵列的双凸透镜以用于观察下方的呈不同图像的交错条带形式的图符元件。当视角变化时，相应图像的不同条带进入视野，使得产生动画效果，其中连续帧对应于序列中的连续条带。
在Drinkwater等人的US 5 712 731中公开另一种安全装置。呈相同的微图像的二维阵列形式的图符元件被印刷在衬底上。通过圆柱形微透镜的对应二维阵列来观察微图像阵列。微图像阵列与微透镜阵列的俯仰或旋转对齐之间的略微失配产生云纹条纹，所述云纹条纹呈下方微图像的一个或多个放大版本的形式。在安全证件行业内，这些光学安全装置称为‘云纹放大器’。
云纹放大器可以用于产生微图像的随视角变化看上去像是浮动在装置平面以上、以下或其中的光学印记(例如参见Visual Physics有限责任公司的AU 2010226869中描述的UnisonTM安全装置)。透镜阵列的周期与微图像阵列的周期之间的略微失配经常由透镜阵列相对于微图像阵列的较小旋转或歪斜来提供。产生微图像的放大，因为相邻微透镜聚焦并放大相邻微图像的略微不同的部分。一个微透镜‘观察到’透镜阵列的焦平面中的对应微图像的图像块。阵列中的邻近微透镜观察到相邻微图像的略微不同的图像块(可能与第一图像块重叠)。这些图像块在观察者的眼睛中组合以产生微图像的一个或多个云纹放大。
当视角变化时，每个微图像的由对应透镜观察到的图像块还移动，使得放大图像似乎(以直线运动和/或旋转)相对于衬底移动。来自透镜阵列的双目镜观察的视差效果引起放大图像出现在证件衬底的平面以上、以下或其中的平面中。De La Rue国际有限公司的WO 2005/106601中陈述云纹放大的这些方面的详细解释。
制造微透镜阵列和微图像阵列需要典型伪造者不容易获得的精密设备。此外，在两个阵列的俯仰失配的非常小的变化的情况下云纹放大中的较大变化需要透镜阵列相对于微图像阵列的特别准确的定位。尽管存在这些障碍，但是富有经验的伪造者的专业知识和能力也在不断改进。因此，存在对于提升用于证件和其他有价值制品的安全装置的伪造抵抗力的持续需求。
发明内容
发明概述
在一个方面，本发明提供用于认证安全制品的云纹放大装置，所述云纹放大装置包括：
微聚焦元件的阵列；以及
微图像的阵列；其中
微聚焦元件的阵列和微图像的阵列对应地是非周期性的，使得当以预定视角观察所述装置时，微聚焦元件产生微图像的云纹放大。
在另一方面，本发明提供产生用于认证安全制品的云纹装置的方法，所述方法包括以下步骤：
形成微聚焦元件的非周期性阵列；
形成相对于微聚焦元件的非周期性阵列内的对应微聚焦元件定位的微图像的非周期性阵列；使得，
当从预定角度观察所述装置时，微聚焦元件的阵列产生云纹放大。
本发明的云纹放大装置实质上提升了想要成为伪造者的人所面对的任务的复杂性和难度。非周期性微聚焦元件阵列和微图像阵列的使用不是直接明显的，因为由观察者观察的云纹放大看上去与具有周期性阵列的常规装置的云纹放大相同。以这种方式，设计的非周期性方面保持隐秘，直到更密切且有意地分析所述云纹装置为止。本领域普通工人将容易理解，微聚焦元件可以采取不同形式，诸如微透镜、菲涅耳透镜或凹面微镜。
在非周期性微透镜阵列中，单独的透镜可以随机地定位但总体上是紧密堆积的。对应的微图像阵列中的每个微图像被移位，并且可能相对于其他微图像变形，使得由用于特定视角(或视角范围)的每个微透镜所观察到的微图像的每个部分将正确地组合到所希望的放大图像中。正确地产生具有必须的移位和变形的微透镜和微图像所需的设备和微处理能力对于寻求再现安全装置的那些人来说具有显著的抑制作用。
在一些优选实施方案中，由微聚焦元件的阵列和微图像阵列产生的云纹放大等同于由周期性微聚焦元件阵列和对应的周期性微图像阵列产生的云纹放大。
优选地，所述装置还包括衬底，诸如透明聚合物，并且微聚焦元件的非周期性阵列被压印在衬底的一侧上，而微图像的非周期阵列被压印在衬底的相对侧上。
任选地，微聚焦元件阵列和微图像阵列形成在衬底的同一侧上，所述微图像阵列包括分别与微聚焦元件中的一个对准的单独的图像元件。
在具体实施方案中，微聚焦元件是凹面微镜，并且单独的图像元件形成在对应的微镜的表面处。优选地，单独的图像元件被压印到对应的微镜的表面中。在另一优选形式中，微镜的凹面优选地涂覆有金属涂层。
在一些实施方案中，图像元件被涂覆以用于与微镜的凹面形成光学对比。
在具体实施方案中，图像元件作为衍射光栅、全息结构或蛾眼结构压印在凹面微镜的表面中。
在具体实施方案中，微图像阵列包括第一组微图像和第二组微图像，所述第一组微图像和所述第二组微图像根据微聚焦元件阵列的非周期性是非周期性的，使得所述第一组微图像的云纹放大看上去处于与所述第二组微图像的云纹放大不同的平面处。
在云纹放大装置的生产过程中，优选地
提供衬底，以及
将微聚焦元件压印在衬底的一侧上，而同时将微图像压印在衬底的另一侧上。
优选地，微聚焦元件和微图像被压印到施加到衬底并且随后或同时固化的辐射固化性材料中。
在一些实施方案中，微图像的阵列包括被压印到微聚焦元件的阵列内的相应微聚焦元件中的单独的图像元件。优选地，单独的图像元件和微聚焦元件被同时压印在衬底的一侧上。
在一些实施方案中，微聚焦元件具有不同的大小和焦距。
在具体优选的实施方案中，云纹放大装置应用到呈纸币形式的安全制品。
定义
安全证件或代价券
如本文所用，术语安全证件和代价券包括所有类型的有价值的证件和代价券以及身份证件，包括但不限于以下各项：货币物品，诸如纸币和硬币；信用卡；支票；护照；身份证；证券和股票；驾驶证；产权证；旅行证件，诸如飞机票和火车票；进入卡和门票；出生证、死亡证和结婚证；以及学业成绩单。
本发明具体地但不排他地可应用于由被施加一个或多个印刷层的衬底形成的安全证件或代价券(诸如，纸币)或身份证件(诸如，身份证或护照)。本文所述的衍射光栅和光学可变装置也可应用于其他产品，诸如包装。
安全装置或特征
如本文所用，术语安全装置或特征包括意图保护安全证件或代价券免于伪造、复制、更改或窜改的大量安全装置、元件或特征中的任何一个。安全装置或特征可以设置在安全证件的衬底之中或之上或者设置在施加到基底衬底的一个或多个层之中或之上，并且可以采用多种多样的形式，诸如嵌入在安全证件的层中的安全线；安全油墨，诸如荧光油墨、发光油墨和磷光油墨，金属油墨，虹彩油墨，光致变色油墨、热致变色油墨、水致变色油墨或压致变色油墨；印刷和压印特征，包括浮雕结构；干涉层；液晶装置；透镜和透镜状结构；光学可变装置(OVD)，诸如包括衍射光栅、全息图和衍射光学元件(DOE)的衍射装置。
衬底
如本文所用，术语衬底是指由其形成安全证件或代价券的基底材料。基底材料可以是纸或其他纤维材料，诸如纤维素；塑料或聚合材料，包括但不限于聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚碳酸酯(PC)、聚氯乙烯(PVC)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、双轴取向的聚丙烯(BOPP)；或者两种或更多种材料的复合材料，诸如纸和至少一种塑料材料或两种或更多种聚合材料的层压物。
可压印的辐射固化性油墨
本文所用的术语可压印的辐射固化性油墨是指任何油墨、涂漆或其他涂料，其可以在印刷过程中施加到衬底，并且可以在柔软时进行压印以形成浮雕结构并且通过辐射固化以使压印的浮雕结构固定。固化过程不是在对辐射固化性油墨进行压印之前发生，但是固化过程可能在压印之后或者与压印步骤基本上同时地发生。辐射固化性油墨优选地可由紫外线(UV)辐射固化。可替代地，辐射固化性油墨可以由其他形式的辐射(诸如,电子束或X射线)固化。
辐射固化性油墨优选地是由清透树脂材料形成的透明或半透明油墨。这种透明或半透明油墨特别适用于印刷透光性安全元件，诸如亚波长光栅、透射衍射光栅和透镜结构。
在一个特别优选的实施方案中，透明或半透明油墨优选地包括丙烯酸类可UV固化的清透可压印涂漆或涂料。
这类可UV固化涂漆可以从生产紫外线类型UVF-203或类似物的各种制造商获得，包括Kingfisher Ink有限公司。可替代地，辐射固化性可压印涂料可以基于其他化合物，例如硝酸纤维素。
已发现本文所用的辐射固化性油墨和涂漆特别适用于压印微观结构，包括衍射结构(诸如，衍射光栅和全息图)以及微透镜和透镜阵列。然而，它们还可以被压印成具有更大的浮雕结构，诸如非衍射光学可变装置。
油墨优选地基本上同时压印并由紫外线(UV)辐射固化。在特别优选的实施方案中，在凹版印刷过程中基本上同时施加和压印辐射固化性油墨。
优选地，为了适用于凹版印刷，辐射固化性油墨具有基本上落入从约20厘泊至约175厘泊、并且更优选地从约30厘泊至约150厘泊的范围内的粘度。粘度可以通过测量从Zahn杯#2排出涂漆的时间来确定。在20秒内排出的样品具有30厘泊的粘度，并且在63秒内排出的样品具有150厘泊的粘度。
在一些聚合衬底的情况下，可能必须在施加辐射固化性油墨之前向衬底施加中间层，以改进由油墨形成的压印结构到所述衬底的粘附。中间层优选地包括底漆层，并且更优选地所述底漆层包含聚乙烯亚胺。底漆层还可以包含交联剂，例如多功能异氰酸酯。适用于本发明的其他底漆的实例包括：羟基封端聚合物；基于羟基封端聚酯的共聚物；交联或非交联羟基化丙烯酸酯；聚氨基甲酸酯；以及UV固化阴离子或阳离子丙烯酸酯。合适的交联剂的实例包括：异氰酸酯；聚吖丙啶；锆络合物；乙酰丙酮铝；三聚氰胺；以及碳化二亚胺。
附图说明
现将仅借助实例并且参照附图来描述本发明的优选实施方案，在附图中：
图1是现有技术的云纹放大装置的示意性平面图。
图2是穿过现有技术的云纹放大装置的示意性剖视图。
图3是根据本发明的云纹放大装置的示意性平面图。
图4是根据本发明的云纹放大装置的示意性剖视图。
图5是根据本发明的云纹放大装置的示意性剖视图，其中凹面微镜用作聚焦元件。
图6是应用到纸币的云纹放大装置的示意图。
图7是根据本发明的用于放大两个不同的微图像阵列的云纹放大装置的示意性剖视图。
具体实施方式
图1和2示出已知云纹放大装置2的基本形式。透镜阵列4定位在呈微图像阵列6形式的图符元件上。微透镜阵列4和微图像阵列6均是周期性的，因为单独的透镜8和单独的微图像10在其相应的阵列内规则间隔。
如图1所示，微透镜8的间隔或俯仰与微图像10的间隔或俯仰之间存在略微失配。这引起每个微透镜8与其邻近的微透镜相比聚焦在下方的微图像的略微不同的部分上。
如图2所示，来自每个微透镜8的单独的放大在观察者12的眼睛中组合以产生微图像10的一个或多个云纹放大14。
微透镜层16需要相对于微图像层18精确地定位以产生所需要的放大级。本领域技术人员将容易理解，微透镜8与微图像10之间的俯仰失配的非常小的变化会导致放大级的非常大的变化。这个精度水平对于伪造者来说难以实现，并且因此云纹放大装置提供相当有效的防伪测量。遗憾的是，富有经验的伪造者能够再现云纹放大装置，使得其产生微图像的相当类似的放大。
为了解决这一点，图3所示的云纹放大装置22使用非周期性微聚焦元件阵列24和对应非周期性微图像阵列26。微聚焦元件8随机地定位但仍然相对密集。已知每个微聚焦元件8的随机位置，可以确定用于下方的微图像的对应位置，当从特定角度或角度范围观察时，微图像仍然产生云纹放大。如图4所示，微聚焦元件是各自单独放大在微图像层32中形成的不同微图像10的下方部分或部份的微透镜8。通过使用将要由眼睛12从视角α观察到的已知云纹放大图像28，可能确定产生放大图像28所需的下方微图像10的精确位置和形状。
类似地，微图像10可以单独地构造并变形(相对于将在周期性云纹放大装置中使用的微图像)，使得所希望的云纹放大28在视角α的范围内可见。为了实现这一点，需要显著的计算机处理能力以准确地确定微图像10的构造。类似地，必须相对于微图像10精确地制造并定位微聚焦元件8。准确地产生所希望放大图像28所需的设备工厂处理能力远远超过典型伪造者。此外，云纹放大装置的非周期性性质不会立即显而易见。其操作将密切模仿正常云纹放大装置的操作，并且因此其非周期性设计变为隐秘的安全特征。
微聚焦元件与微图像10之间的精确对准可以由所谓的‘双软压印过程’来提供。这个过程涉及压印沉积在衬底的两侧上的辐射固化性环氧树脂层。在图4中，衬底30将可UV固化环氧树脂层16支撑在一侧上并且将类似的可UV固化层32支撑在相对侧上。云纹放大装置被压缩在相对金属垫片之间，所述相对金属垫片具有呈微聚焦元件阵列24的负形式和微图像阵列26的负形式的表面浮雕。这确保每个微聚焦元件8与其对应的微图像10精确对齐。
层16和32在压印之前未固化并且柔软。固化过程在压印步骤之后不久或与压印步骤基本同时发生。辐射固化性材料通常可由紫外线(UV)辐射固化，然而，可以使用对X-射线或电子束敏感的其他辐射固化性材料。
用于形成层16和32的辐射固化性材料是透明或半透明的，并且优选地包括丙烯酸类可UV固化的清透可压印涂漆或涂料。这类可UV固化涂漆可以从生产紫外线类型UVF-203或类似物的各种制造商获得，包括Kingfisher Ink有限公司。可替代地，辐射固化性可压印涂料可以基于其他化合物，诸如硝酸纤维素。
衬底30通常是基底材料，从所述基底材料施加安全证件，云纹放大装置施加到所述基底材料。基底材料是塑料或聚合材料，包括但不限于聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚碳酸酯(PC)、聚氯乙烯(PVC)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、双轴取向的聚丙烯(BOPP)或者两种或更多种材料的复合材料。
图5示出云纹放大装置22的实施方案，其中微聚焦元件呈凹面微镜34的形式。本领域技术人员将容易理解，施加到凹面微镜34的凹面的微图像(或微图像的部分)10可以提供微图像10的放大，其等同于聚焦在下方的微图像上的微透镜的放大。
为了凹面微镜34与微图像10之间的精确对准，微镜和微图像可以同时压印到可UV固化的材料16中。同时压印微图像与微镜需要金属压印垫片具有微镜的与对应的非周期性微图像的负形式重叠的负形式表面浮雕。然而，这确保聚焦元件24的非周期性阵列与微图像阵列26之间的完美对准(如在相对定位中以实现所希望的放大)。这些金属垫片(通常由镍制成)的光刻制造是超出大多数伪造者能力之外的先进制造技术。
凹面微镜34的表面可以包括诸如气相沉积金属的涂层以便改进入射光的反射。此外，将理解，本实施方案不依赖于光透射穿过衬底30。因此，这种形式的云纹放大装置可以应用于具有不透明衬底30的有价值证件。
图6和7示出应用到纸币36的云纹放大装置22的另一种形式。如以上参考图5所讨论的，以凹面微镜34的形式来提供微聚焦元件。然而，放大装置22具有两个不同的微图像阵列，第一微图像阵列包括微图像10并且第二微图像阵列包括微图像46。本领域技术人员将理解，云纹放大装置可以放大两个不同的图像或者同一个图像的不同视图，所述图像可以用于产生3D图像或活动图像(例如，参见Drinkwater等人的US 5712731的图2以及VisualPhysics有限责任公司的AU 2010226869的图29)。此外，如果微元件10的非周期性定位对应于其中微透镜与微图像之间的周期失配被设置为第一值的常规云纹放大装置，那么所述周期失配确定第一云纹放大38响应于视角变化的正交视差移动(OPM)42。类似地，第二微元件46的非周期性定位可以使得其等同于第二值的周期失配，所述周期失配产生第二云纹放大40的正交视差移动(OPM)44，其显著地不同于第一放大38的响应于视角的相同变化的OPM42。
这增加复杂性等级，不仅使云纹放大装置22在使用时视觉上更易区分，而且加重伪造者的难度。因此，微聚焦元件24的非周期性阵列可以压印有微图像的三个或更多个单独阵列，以进一步增高装置的复杂性和安全性。类似地，作为复杂性的又一等级，凹面微镜的大小和焦距可以在阵列内改变。
本发明仅通过举例在本文中进行描述。本领域技术人员将容易理解不背离广泛发明概念的精神和范围的任何变化或修改。

Claims (18)

1.一种用于认证安全制品的云纹放大装置，所述云纹放大装置包括：
微聚焦元件的阵列；以及
微图像的阵列；其中
所述微聚焦元件的阵列和所述微图像的阵列对应地是非周期性的，使得当以预定视角观察所述装置时，所述微聚焦元件产生所述微图像的云纹放大。
2.根据权利要求1所述的云纹放大装置，其中由所述微聚焦元件的阵列和所述微图像阵列产生的所述云纹放大等同于由周期性微聚焦元件阵列和对应的周期性微图像阵列产生的云纹放大。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的云纹放大装置，其中所述装置还包括衬底，诸如透明聚合物，并且所述微聚焦元件的非周期性阵列被压印在所述衬底的一侧上，而所述微图像被压印在所述衬底的相对侧上。
4.根据权利要求1或权利要求2所述的云纹放大装置，其中所述微聚焦元件阵列和所述微图像阵列形成在所述衬底的同一侧上，所述微图像阵列包括分别与所述微聚焦元件中的一个对准的单独的图像元件。
5.根据权利要求4所述的云纹放大装置，其中所述微聚焦元件是凹面微镜，并且所述单独的图像元件形成在所述对应的微镜的表面处。
6.根据权利要求5所述的云纹放大装置，其中所述单独的图像元件被压印到所述对应的微镜的所述表面中。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的云纹放大装置，其中所述微镜的凹面优选地涂覆有金属涂层。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的云纹放大装置，其中所述图像元件被涂覆以用于与所述微镜的所述凹面形成光学对比。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的云纹放大装置，其中所述图像元件作为衍射光栅、全息结构或蛾眼结构压印在所述凹面微镜的所述表面中。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的云纹放大装置，其中所述微图像阵列包括第一组微图像和第二组微图像，所述第一组微图像和所述第二组微图像根据所述微聚焦元件阵列的非周期性是非周期性的，使得所述第一组微图像的所述云纹放大看上去处于与所述第二组微图像的所述云纹放大不同的平面处。
11.一种产生用于认证安全制品的云纹装置的方法，所述方法包括以下步骤：
形成微聚焦元件的非周期性阵列；
形成相对于所述微聚焦元件的非周期性阵列内的对应微聚焦元件定位的微图像的非周期性阵列；使得，
当从预定角度观察所述装置时，所述微聚焦元件的阵列产生云纹放大。
12.根据权利要求11所述的方法，其还包括以下步骤：
提供衬底，以及
将所述微聚焦元件压印在所述衬底的一侧上，而同时将所述微图像压印在所述衬底的另一侧上。
13.根据权利要求11所述的方法，其中所述微聚焦元件和所述微图像被压印到施加到所述衬底并且随后或同时固化的辐射固化性材料中。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述微图像的阵列包括被压印到所述微聚焦元件的阵列内的相应微聚焦元件中的单独的图像元件。
15.根据权利要求13所述的方法，其中所述单独的图像元件和所述微聚焦元件被同时压印在所述衬底的所述一侧上。
16.一种结合根据权利要求1至10中任一项所述的云纹放大装置的安全制品。
17.根据权利要求16所述的安全制品，其中所述微聚焦元件具有不同的大小和焦距。
18.根据权利要求16或权利要求17所述的安全制品，其中所述安全制品是纸币。
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